一种高压脉冲预处理技术强化剩余污泥梯级释磷的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种利用高压脉冲预处理技术强化剩余污泥梯级释磷的方法，属于固体废弃物处理技术领域。
【背景技术】
[0002]近年来随着国内污水处理行业的快速发展，城镇污水处理能力和污水处理效率的不断提高，伴随着污水处理厂的污泥量也随之增加。目前，污泥处理处置运行成本已占污水处理厂50%以上，这正成为一个亟待解决的问题。剩余污泥中含有大量的磷，这是重要的回收资源。然而，由于污泥自身水解发酵阶段需要较长时间，并且效率低下，这正成为污泥厌氧发酵的限速步骤。
[0003]磷对有机生命体来说是非常重要和不可替代的营养物。剩余污泥可通过破解释放出溶解性磷。溶解出的磷可以鸟粪石等形式回收。然而现有的方法，释放效率非常低。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种通过高压脉冲预处理强化剩余污泥破解和梯级释磷的方法，针对传统污泥厌氧消化中存在的不足，通过高压脉冲预处理剩余污泥，提高污泥可生化性，促进后续厌氧发酵磷释放进行，实现城市污水处理厂污泥的减量化、资源化。
[0005]本发明采用的技术方案如下:一种高压脉冲预处理强化剩余污泥梯级释磷的方法，包括如下步骤:将污泥置于反应器中，调节脉冲电压、脉冲频率和电极板间距，进行高压脉冲预处理释磷，得高压预处理后污泥；将高压预处理后污泥送入厌氧消化反应器中进行厌氧发酵磷释放。
[0006]上述的一种高压脉冲预处理强化剩余污泥梯级释磷的方法，包括污泥前处理，将污泥于2-5°C下重力沉降20-25小时，浓缩排去上清液，经1.0mm筛子过滤。
[0007]上述的一种高压脉冲预处理强化剩余污泥梯级释磷的方法，所述的高压脉冲预处理:调节脉冲电压20-50kV ;脉冲频率100-500HZ和电极板间距4_7mm，高压脉冲预处理10-15分钟。优选的，调节脉冲电压40kV ;脉冲频率400Hz和电极板间距5mm。
[0008]上述的一种高压脉冲预处理强化剩余污泥梯级释磷的方法，将高压预处理后污泥送入厌氧消化反应器中，曝氮气去除反应器中的氧气，于温度30-40°C下进行厌氧发酵磷释放7-10天。优选的，将高压预处理后污泥送入厌氧消化反应器中，曝氮气去除反应器中的氧气，于温度35 °C下进行厌氧发酵磷释放8天。
[0009]本发明，利用高压脉冲放电产生的瞬间超高温高压形成的冲击波实现高效破解剩余污泥。在高压预处理中，高电压(大于20kV)脉冲被用于样品中产生高电场。经过高压脉冲作用后，污泥中微生物细胞壁结构被破坏，胞内溶解性磷酸盐被释放，水中溶解性磷酸盐含量增加。同时，通过高压脉冲预处理提高污泥厌氧发酵可生化性，增强污泥厌氧发酵磷释放效能。
[0010]本发明的有益效果是:本发明，首次利用高压脉冲预处理技术强化剩余污泥梯级释磷。结果表明，经过高压脉冲处理后的溶解性化学需氧量(SCOD)浓度为1405mg/L，是未处理污泥的6.4倍，有利于后续厌氧发酵过程。在预处理阶段，高压脉冲预处理后的溶解性正磷酸盐浓度为109mg/L，是未处理污泥的1.5倍。在厌氧发酵阶段，预处理后的污泥在第三天正磷酸盐浓度达到最大值157.5mg/L，而未处理污泥在第四天正磷酸盐浓度达到最大值124.3mg/Lo然而，在厌氧发酵过程中，也会有较高浓度的金属离子释放。所以，最好在厌氧发酵的前3-4天，也就是大量磷酸盐沉淀形成前对发酵液进行磷回收。实验结果表明，在污泥厌氧发酵前进行高压脉冲预处理是一种提高污泥水解和梯级释磷的有效方法。该方法为实现剩余污泥资源化和减量化，提供了一种新的途径。
【附图说明】
[0011 ] 图1是高压脉冲预处理装置示意图。
[0012]图2是高压脉冲预处理对污泥水解影响。
[0013]图3是高压脉冲预处理对污泥减量化影响。
[0014]图4是高压脉冲预处理对溶解性磷酸盐释分析。
【具体实施方式】
[0015]下面通过具体实施例对本发明做进一步说明，但本发明并不局限于此。由于各地污水水质及所采用的处理工艺有所差别，预处理参数也会产生相应变化，因此在不违背本发明的实质和所附权利要求范围的前提下，可对本发明中关键参数做适当调整。
[0016]实施例1:高压脉冲预处理技术强化剩余污泥释磷的方法
[0017]方法如下
[0018](一)污泥前处理
[0019]剩余污泥取自上海曲阳污水处理厂的二沉池污泥，将污泥在4°C重力沉降24小时，浓缩排去上清液。浓缩的污泥经过1.0mm筛子过滤，除去污泥中的大颗粒物和一些杂质，得到的污泥浓度为17.8g/L。
[0020]( 二)高压脉冲预处理
[0021]将前处理后的污泥送入如图1所示的反应系统中的反应器内，反应器内设有两块电极板，电极板与电源连接。给电极板通电，调节脉冲电压40kV ;脉冲频率400Hz和电极板间距5mm，高压脉冲预处理15分钟。
[0022]实验结果表明，经过高压脉冲处理后的SCOD和溶解性蛋白质是未处理的6.4倍和7.7倍。高压脉冲预处理后的污泥，溶解性正磷酸盐是未处理污泥的1.5倍。总悬浮固体(TSS)和挥发性悬浮固体(VSS)经过高压脉冲处理后也有所减少。
[0023]可见，经过高压脉冲预处理，可以促进剩余污泥中的有机物有效的从微生物细胞内释放到细胞外，预处理后释放的大量有机物有利于后续厌氧发酵释磷。
[0024](三)厌氧发酵释磷
[0025]将经高压脉冲预处理后污泥送入厌氧消化反应器中，曝氮气10分钟去除反应器中的氧气，接着把反应器用丁基橡胶塞塞紧，于温度35°C下进行厌氧发酵磷释放8天。
[0026]用SCOD浓度变化来表征污泥水解能力。如图2所示，SCOD浓度在高压脉冲处理后有明显升高，并且厌氧发酵时间对SCOD也有影响。预处理后的污泥在第三天SCOD浓度达到最大值2569mg/L，而未处理污泥在第四天达到最大值835mg/L。所以高压脉冲预处理可加速污泥厌氧发酵水解。
[0027]用总悬浮固体(TSS)和挥发性悬浮固体(VSS)变化作为污泥减量化的指标。如图3所示，由于高压脉冲处理可加速非溶解性有机物转变为溶解性有机物，使经过预处理后的初始TSS和VSS比未处理污泥分别低7.9%和11.9%。在整个厌氧发酵过程中，预处理和未处理污泥中的TSS和VSS都随发酵时间而逐渐降低。然而，无论何时，经过高压脉冲预处理污泥的TSS和VSS都比未处理污泥低。在发酵第八天时，预处理后的污泥中TSS和VSS分别降低23.8%和34.3%。对于未处理污泥TSS和VSS分别降低18.9%和27.7%。
[0028]高压脉冲预处理和污泥发酵都会导致溶解性正磷酸盐浓度升高。如图4所示，高压脉冲预处理后的污泥在第三天正磷酸盐浓度达到最大值157.5mg/L，而未处理污泥在第四天正磷酸盐浓度达到最大值124.3mg/Lo溶解性正磷酸盐浓度变化与SCOD在前3_4天有相同变化趋势，意味着高压脉冲预处理不仅可以加速污泥水解，也可以加速厌氧发酵中正磷酸盐的释放。当正磷酸盐浓度达到最大值后，无论在预处理样品还是在未处理样品，其浓度都有一定程度降低。可能的原因是污泥水解率的降低和一部分正磷酸盐与金属离子形成沉淀。正磷酸盐的释放速率和形成沉淀速率达到一个动态平衡。因此，最好在厌氧发酵前3-4天对磷酸盐进行回收。
【主权项】
1.一种高压脉冲预处理强化剩余污泥梯级释磷的方法，其特征在于包括如下步骤:将污泥置于反应器中，调节脉冲电压、脉冲频率和电极板间距，进行高压脉冲预处理磷释放，得高压预处理后污泥；将高压预处理后污泥送入厌氧消化反应器中进行厌氧发酵磷释放。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:包括污泥前处理，将污泥于2-5°C下重力沉降20-25小时，浓缩排去上清液，经1.0mm筛子过滤。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:所述的高压脉冲预处理:调节脉冲电压20-50kV ;脉冲频率100-500HZ和电极板间距4_7mm，高压脉冲预处理10-15分钟。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于:所述的高压脉冲预处理:调节脉冲电压40kV ;频率400Hz和两个电极板的间距5mm。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:将高压预处理后污泥送入厌氧消化反应器中，曝氮气去除反应器中的氧气，于温度30-40°C下进行厌氧发酵磷释放7-10天。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于:将高压预处理后污泥送入厌氧消化反应器中，曝氮气去除反应器中的氧气，于温度35°C下进行厌氧发酵磷释放8天。
【专利摘要】本发明涉及一种高压脉冲预处理强化剩余污泥梯级释磷的方法，属于固体废弃物处理技术领域。包括如下步骤：将污泥置于反应器中，调节脉冲电压、脉冲频率和电极板间距，进行高压脉冲预处理，得高压预处理后污泥；将高压预处理后污泥送入厌氧消化反应器中进行厌氧发酵磷释放。本发明首次利用高压脉冲预处理强化剩余污泥破解和梯级磷释放，即利用高压脉冲放电产生的瞬间超高温高压形成的冲击波实现高效破解剩余污泥释磷。本发明，在污泥厌氧发酵前进行高压脉冲预处理是一种提高污泥水解和梯级释磷的有效方法。结果表明高压脉冲预处理不仅可以加速污泥水解，也可以加速污泥中正磷酸盐的梯级释放。
【IPC分类】C02F11/04, C02F11/00
【公开号】CN104961308
【申请号】CN201510325532
【发明人】包红旭, 江磊, 陈春晓, 沈曼莉, 刘一晨, 赵中洲, 江晶, 李丽丹, 吴良, 刘建勇
【申请人】辽宁大学
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年6月12日